隋朝虽然短暂,但是科学技术方面却有不少卓越的成就。比如,保留至今的赵州桥和历史上曾经繁荣一时的著名城市——东都洛阳,在工程设计、技巧和建筑艺术上,达到了很高的水平。
河北省赵县城南的河上有座雄伟的石桥,叫做赵州桥。这座桥的设计和监造者,是隋朝时候的一个名叫李春的石匠。尽管经历了一千三百多年的风风雨雨和无数次的洪水冲击,赵州桥依然挺立在河面上,这不能不说是一个伟大的奇迹。据一些研究者介绍,赵州桥不仅是我国、也是全世界现存的最古老的一座石拱桥。
关于赵州桥的建造者李春,可惜史书上对他并没有什么记载。虽然我们已无从了解他的生平事迹,但是我们可以断定,他既是心灵手巧、不畏辛劳的工匠,也是一位才智出众、富于创造精神的建筑大师。他默默地劳动一生,没有人知道他的历史;但他的劳动成果却在我国的建筑史上留下了光辉的一页,为千千万万人所津津乐道。
赵州桥也叫“安济桥”,整个桥身只有一个弧形桥洞。这种弧形桥洞以及门洞之类的建筑,在我国历来习称为“券”。石桥的券,一般都是半圆形,而赵州桥却是小于半圆的一段弧,样子十分美观。券的两肩叫做“撞”。一般石桥的“撞”都用石料砌实。赵州桥却与众不同,券的两肩还有两个弧形小券。人们把这种形式的桥叫做“空撞券桥”。
原来,这样的设计符合科学原理。首先,节省了大量石料。科学家曾作过估算,不把撞砌实而砌成四个小券,节省的石料约为180立方米,使桥身的重量减轻500吨左右。其次,减轻了洪水对桥身的冲击。在洪水季节,河暴涨,流量很大,如果把桥的撞砌实了,水流不畅,上游的水就会漫上岸来,石桥可能会承受不了洪水的冲击而倒榻。有了四个小券,增加了桥洞的过水量,自然大大减轻了洪水对桥身的冲击,保证了石桥的安全。这种空撞券桥,在欧洲直到十四世纪才出现于法国,也就是法国太克河上的赛雷桥。算起来,赛雷桥比赵州桥晚了700多年,却早就毁坏了(不是因为战争的破坏)。从这个比较中,我们更能看出李春设计的高明与卓越。
赵州桥的设计,除了采用“空撞券桥”这种形式外,还有许多别致而值得称道的地方。例如,赵州桥的桥洞跨度很大,两端的距离长达37.4米,在当时可算是世界上最长的石拱。这样长的跨度,按照通常的设计,采用半圆形,券的高度一般是长度的一半。这样算来,赵州桥的桥洞就有18.7米高,车马行人过桥,像是翻过一座小山,吃力而不方便。因此,跨度较长的桥,只好多造几个桥洞,以减低桥的高度,这样做,又会导致另一不足,既费石料又费工时。赵州桥的高度比通常的设计低出很多,只有7.23米,克服了两方面的缺陷,而这主要归功于李春独特的创造,他设计的桥洞不是半圆形,而是小于半圆的弧形,像一张弓。因此,赵州桥的桥面没有陡坡,比较平缓,便于车马上下,路人行走,而且省工省料,实是一举多得,超逸绝伦的设计。
赵州桥设计的别致之处,还在于桥洞的砌法也是一反常规的。桥洞的砌法,常用的是“纵联式”,就像砌墙那样,一层一层往上砌,各层石块相互交错,最后形成的桥洞是一个整体,比较坚固。另一种砌法,叫做“并列式”。这种方式是先并排砌成许多道窄券,最终合成一个整券。由于各道窄券的石块之间没有联系,因此不如纵联式坚固,一般也就不为人们所乐于采用。然而李春的设计却恰恰选择了后一种。整个赵州桥的宽度是9.6米,这么宽的大券,就是由28道小券并列而成。
李春之所以采用并列式而不用纵联式,是因为他看到了纵联式的缺点,发挥了并列式的长处。纵联式虽然坚固,但是只要有一块石块坏了,修补起来十分困难,就会牵连整个桥洞,以致造成全部的倒塌。恰恰相反,并列式的桥券,坏了一块石块,只不过是坏了一个窄券,在整个大券中是微不足道的,根本不会影响全局,而且坏了的石块,修补起来也并不困难,即使在修补的时候,桥的交通也用不着中断。正是因为李春看到了一般人所没有看到的两种方式的优短点,所以他大胆地采用了并列式,同时又吸取了纵联式的优点,即在各道窄券的石块之间加了铁丁,把各道窄券拴连在一起,成为整体,从而形成一个既相互独立又紧密联系的独特结构,达到了前所未有的坚固效果。
一千三百多年的漫长岁月,正是这种效果的最好体现与检验。